Semiconduttori, la Cina si perfeziona nei metodi di lucidatura wafer

Si lavora per raggiungere dell’autosufficienza

Nell’ambito degli ultimi sviluppi che vedono la Cina impegnata a raggiungere l’indipendenza tecnologica nel settore dei semiconduttori, le aziende locali produttrici di strumenti stanno ottenendo notevoli risultati nel perfezionamento dei metodi di lucidatura dei wafer, un passaggio fondamentale nella fabbricazione dei chip, storicamente controllato da compagnie estere.

Nonostante tali avanzamenti, il comparto si trova ancora a fare i conti con una realtà complessa: i progressi nella lucidatura sono evidenti, ma la dipendenza da know-how straniero per le procedure di produzione più sofisticate rimane significativa.

La lucidatura dei wafer, ossia la procedura che porta i dischi di silicio a un grado di uniformità e lisciatura quasi perfetto a livello atomico, influenza direttamente sia il rendimento che la qualità dei chip.

Per molto tempo, il mercato delle attrezzature di fascia alta dedicate alla lucidatura e rifinitura dei wafer da 12 pollici è stato dominato da aziende americane e giapponesi, costringendo i produttori cinesi a sostenere spese elevate e ad avere accesso limitato alle impostazioni cruciali dei processi.

Recentemente, la situazione sta subendo una svolta.

Zhejiang Jingsheng Mechanical & Electrical Co., fondata nel 2006 e quotata a Shenzhen (codice azionario: 300316.SZ), leader nella realizzazione di macchinari per semiconduttori, ha inventato in Cina le prime apparecchiature per la lucidatura dei bordi e la finitura dei wafer da 12 pollici, ora consegnate in grandi quantità ai maggiori produttori nazionali di wafer.

L’azienda sostiene che oltre il 95% dei componenti essenziali delle sue apparecchiature per wafer di grande diametro è fabbricato in Cina, riuscendo così a ridurre i costi della produzione di circa il 30% rispetto alle soluzioni d’importazione.

A Wuhan, un’altra pietra miliare si avvicina. Norr Systems Semiconductor Co., nota anche come Wuhan Xinxin Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. (internazionalmente XMC), unisce nel suo nome la città di origine e la specializzazione nella produzione di memorie flash NOR.

L’azienda si prepara a lanciare la produzione in serie delle sue apparecchiature per lucidatura chimico-meccanica (CMP), definite “pietre per affilare i chip”. Secondo quanto dichiarato, gli strumenti CMP di seconda generazione sono interamente prodotti in patria e sono compatibili con processi a 5 e 7 nanometri.

Il design innovativo a “sei piastre e quattro strati” garantisce una produttività 2,5 volte superiore rispetto ai dispositivi tradizionali, offrendo a Wuhan la possibilità di diventare il quarto polo dell’industria dei circuiti integrati.

Parallelamente, Hwatsing Technology (nota localmente come Huahai Qingke) ha ottenuto ordini per la sua prima macchina CMP completamente automatizzata a livello di pannello, segnando l’allargamento della tecnologia CMP dalle applicazioni su wafer a quelle su pannello: un passo fondamentale per il packaging avanzato, tassello chiave nel settore dei semiconduttori e nel mercato del packaging d’avanguardia.

Il passaggio dalla lavorazione dei wafer di silicio a quella dei pannelli rettangolari di maggiori dimensioni supera uno dei principali ostacoli alla produttività nell’epoca dell’intelligenza artificiale. Alla base di questi risultati vi è l’adozione strategica di soluzioni digitali.

Zhejiang Jingsheng Mechanical & Electrical Co. (JSG) ha integrato sistemi di intelligenza artificiale per superare i limiti tradizionali della finitura manuale dei wafer da 12 pollici: l’uso dell’IA nello stabilimento di Shaoxing (distretto di Shangyu) segna un progresso decisivo per l’industria.

I sistemi di visione assistiti dall’IA individuano graffi e imperfezioni microscopiche, mentre i controlli automatici regolano velocità, pressione e dosaggio del liquido di lucidatura in pochi millisecondi, sostituendo la regolazione manuale basata sull’esperienza con un controllo automatizzato e in tempo reale.

In passato, la regolazione di un singolo insieme di parametri richiedeva settimane, rendendo difficile garantire una qualità costante e ostacolando la modernizzazione del settore cinese dei wafer. Attualmente, l’azienda possiede 52 brevetti relativi a macchinari per la lucidatura dei wafer.

Il contributo arriva anche dagli istituti di ricerca. Gli scienziati del Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, appartenente all’Accademia Cinese delle Scienze, hanno ideato una tecnica CMP assistita da materiali piezoelettrici, sfruttando abrasivi al titanato di bario, che permette una rimozione del materiale di 436 nm/min e mantiene una superficie estremamente liscia.

Il metodo funziona senza bisogno di energia aggiuntiva oltre alla forza meccanica, offrendo una soluzione green.

Tali innovazioni si inseriscono in un quadro di crescente necessità di autosufficienza nazionale nel comparto dei semiconduttori. Secondo quanto riportato dal Nikkei Asia, i produttori cinesi di chip dovrebbero, informalmente, acquistare almeno il 70% dei wafer di silicio da fornitori nazionali entro il 2026.

Tale pressione deriva tanto dall’espansione della domanda di IA quanto dall’inasprimento delle restrizioni sulle esportazioni.

Le statistiche di Bernstein Research indicano che l’autosufficienza nella produzione di wafer da 12 pollici è arrivata intorno al 50% nel 2025, con la quota dei produttori cinesi sul mercato globale passata dal 3% nel 2020 al 28% nel 2025, fino a raggiungere il 32% nel 2026.

Aziende come ESWIN sono entrate nella catena di approvvigionamento delle principali fonderie, inclusa SMIC, e stanno ampliando rapidamente la capacità grazie a nuovi impianti a Xi’an e Wuhan.

Nonostante questi passi avanti, resta molto da fare. La filiera dei semiconduttori è ampia e intricata, e le lacune sono ancora evidenti.

Advanced Micro-Fabrication Equipment Inc. (AMEC), tra i principali produttori cinesi di macchinari per semiconduttori, ha creato 54 tipi di apparecchiature di fascia alta e intende coprire oltre il 60% delle categorie di prodotti di fascia alta entro cinque anni.

Tuttavia, questa ambizione mette in luce quanto sia ancora lungo il cammino: sistemi di incisione, dispositivi per la deposizione di film sottili, strumenti per la litografia e altri componenti essenziali dipendono ancora fortemente dalle importazioni.

Nel segmento dei semiconduttori composti, la situazione è persino più intricata. I produttori locali rappresentano appena il 10% dell’offerta globale di substrati di fosfuro di indio, mentre le aziende giapponesi Sumitomo Electric e JX Nippon Mining & Metals controllano oltre il 90% del mercato.

Se la domanda di IA sta accelerando gli sforzi di sostituzione nazionale, il settore è ancora agli inizi.

La pressione viene amplificata dal contesto internazionale.

Il progetto di legge MATCH Act negli Stati Uniti potrebbe introdurre restrizioni senza precedenti sulle esportazioni, bloccando di fatto la manutenzione e il supporto tecnico alle principali aziende cinesi del settore, come SMIC, YMTC e CXMT.

Tali provvedimenti rischiano di colpire non solo le tecnologie più avanzate, ma anche la produzione dei nodi maturi, secondo gli analisti.

Di conseguenza, il raggiungimento dell’autosufficienza è passato da essere una strategia di lungo termine a una necessità impellente. I produttori cinesi di chip stanno lavorando per portare il livello di autosufficienza dal 33% all’80% entro il 2030, coinvolgendo 13 protagonisti nazionali, tra cui SMIC e NAURA.

I  produttori cinesi di strumenti per chip stanno ottenendo risultati importanti nella lucidatura dei wafer, ma devono ancora affrontare forti dipendenze nelle fasi più complesse della produzione di semiconduttori.